Dans le cerveau, la plasticité synaptique (la capacité à modifier les connexions neuronales au fil du temps) est fondamentale pour l’apprentissage et la mémoire. Traditionnellement, la science s’est concentrée sur les cellules nerveuses et leurs synapses. La découverte de la signalisation intracellulaire du Ca2+ dans les astrocytes a conduit à l’idée que les astrocytes sont plus qu’une colle qui maintient le cerveau ensemble et jouent un rôle crucial dans ce processus.
« Le dysfonctionnement des astrocytes peut considérablement altérer notre capacité d'apprentissage, soulignant leur importance dans les processus cognitifs. Cependant, les fonctions exactes des astrocytes sont restées longtemps un mystère, » explique la professeure Tatjana Tchumatchenko, co-auteure principale et responsable du groupe de recherche à l'Institut de recherche expérimentale en épileptologie et en cognition de l'UKB et membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Modélisation » à l'Université de Bonn, décrivant la motivation pour poursuivre cette question.
Décrypter la danse complexe des interactions cellulaires au cours de l'apprentissage
« Notre travail en tant que neuroscientifiques computationnels consiste à utiliser le langage des mathématiques pour interpréter les observations expérimentales et construire des modèles cohérents du cerveau », « Dans ce cas, les chercheurs ont développé un modèle biophysique d'apprentissage basé sur une boucle de rétroaction biochimique entre les astrocytes et les neurones récemment découverte par le Dr Kirsten Bohmbach, le Prof. Christian Henneberger et d'autres chercheurs du DZNE et de l'UKB (https://doi.org/10.1038/s41467-022-35620-8). »
Le modèle biophysique explique les déficits d'apprentissage observés chez les souris présentant une régulation astrocytaire altérée et met en évidence le rôle crucial que jouent les astrocytes dans l'adaptation rapide à de nouvelles informations. En régulant les niveaux du neurotransmetteur D-sérine, les astrocytes peuvent faciliter la capacité du cerveau à s'adapter efficacement et à recâbler ses connexions synaptiques. « Notre cadre mathématique explique non seulement les observations expérimentales, mais fournit également de nouvelles prédictions testables sur le processus d'apprentissage », explique Lorenzo Squadrani, premier auteur et doctorant dans le groupe de Tchumatchenko.
Cette recherche comble le fossé entre les modèles théoriques de plasticité et les résultats expérimentaux sur les interactions entre neurones et cellules gliales. Elle met en évidence la régulation astrocytaire comme base physiologique des adaptations synaptiques dynamiques, un concept central de la plasticité synaptique.
« Nos résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à l'apprentissage et à la mémoire et offrent de nouvelles opportunités d'interventions thérapeutiques ciblant les astrocytes pour améliorer les fonctions cognitives. »
Professeur Tatjana Tchumatchenko, chef du groupe de recherche à l'Institut de recherche expérimentale sur l'épileptologie et la cognition de l'UKB
